LUẬN VĂN THẠC SỸ HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU HVDC

Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐIỆN CAO ÁP
1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU
CAO ÁP.
Hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao (HVDC - High Voltage Direct
Current) là một phương pháp truyền tải điện năng với công suất lớn với khoảng
cách xa. Kĩ thuật truyền tải một chiều này bắt đầu được phát triển mạnh từ thập niên
ba mươi thế kỉ trước.
Trước thập niên 70 các van hồ quang thủy ngân được sử dụng rộng rãi trong việc
thiết kế các hệ thống truyền tải một chiều, sau đó các hệ thống truyền tải một chiều
chỉ còn sử dụng các thiết bị bán dẫn trạng thái rắn (Solid – State Semiconductor
Device).
Cùng với sự phát triển của các van điện tử công suất có điều khiển (Thiristor, GTO,
IGBT…) đã khiến cho công nghệ truyền tải điện một chiều trở nên có tính khả thi
cao. Đến nay trên thế giới nhiều nước đã và đang áp dụng hệ thống truyền tải điện
một chiều, dưới đây là một số ví dụ được nhiều người biết tới:
- Ở Itaipu, Brazil, hệ thống HVDC được lựa chọn để cung cấp công suất tần số
50Hz vào hệ thống 60Hz, và để truyền tải một lượng công suất lên tới
12.600MW của nhà máy thủy điện qua khoảng cách 800km.
- Ở Leyte - Luzon, Philipine, hệ thống truyền tải HVDC được sử dụng để truyền
tải điện năng giữa các đảo và nâng cao độ tin cậy cho lưới điện manila.
- Ở Rihand – Delhi, Ấn Độ, Hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn để truyền
tải lượng công suất 1.500MW tới New Delhi để đảm bảo mục tiêu tổn thất và
hành lang tuyến nhỏ nhất và độ tin cậy và khả năng điều khiển tốt hơn.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
2

- Ở Queensland, Autralia, hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn để kết nối
qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều của New South Wales và Queensland đảm
bảo mức độ ảnh hưởng môi trường thấp nhất và giảm nhiều thời gian xây dựng.
Hình 1.1:Một số hệ thống truyền tải HVDC trên thế giới.
2. MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC ĐIỂN HÌNH TRÊN THẾ
GIỚI
2.1 Itaipu, hệ thống truyền tải HVDC lớn nhất trên thế giới.
Cho đến nay hệ thống truyền tải điện HVDC Itaipu của Brazil là hệ thống truyền tải
điện một chiều ấn tượng nhất thế giới. Hệ thống có công suất chuyên tải lên tới
12.600MW và điện áp DC lên tới ± 600kV. Hệ thống bao gồm hai đường dây lưỡng
cực mang tải công suất tổng cộng 12.600MW của nhà máy thủy điện Itaipu (tần số
50Hz) phát vào hệ thống 60Hz ở Saopaolo (một trung tâm công nghiệp của Brazil).
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
3
Hình 1.2:Hệ thống truyền tải HVDC Itaipu-saopaolo
Việc truyên tải được bắt đầu trên lưỡng cực thứ nhất vào tháng 10 năm 1984, và
trên lưỡng cực thứ hai vào tháng 7 năm 1987.
Hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn bởi 2 lý do chủ yếu như sau:
- Truyền tải công suất từ máy phát tần số 50Hz vào hệ thống 60Hz
- Tính kinh tế khi truyền tải điện năng qua một khoảng lớn.
Một số thông số kỹ thuật của hệ thống:
- Thời gian đi vào vận hành: 1984 – 1987.
- Công suất truyền tải: 12.600MW
- Cấp điện áp một chiều: ± 600KV
- Chiều dài của đường dây trên không: 800km.
2.2 Hệ thống HVDC Leyte-Luzon, Philipine
Công ty năng lượng quốc gia Philipine đã xây dựng mộ hệ thống HVDC đơn cực
công suất 440MW – điện áp DC 350kV, để truyền tải công suất từ nhà máy điện

địa nhiệt trên đảo Leyte tới phía Nam của đảo lớn Luzon để cung cấp cho lưới điện
xoay chiều của khu vực Manila. Hệ thống vận hành vào tháng 8 năm 1998.
Kết nối HVDC đã cho thấy tính hợp lý đối với cả phụ tải công nghiệp và dân cư,
không chỉ bởi lượng công suất bổ sung lớn mà còn hiệu quả cải thiện ổn định vốn
có của liên kết HVDC trên lưới xoay chiều.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
4
Hình 1.3:Hệ thống truyền tải HVDC Leyte-Luzon, Philipine
Một số thông số kĩ thuật của hệ thống:
- Thời gian đi vào vận hành: 1998
- Công suất truyền tải: 440MW
- Cấp điện áp một chiều: 350KV
- Chiều dài của đường dây trên không: 430km
- Chiều dài đoạn cáp ngầm qua biển: 21km
2.3 Hệ thống HVDC Rihand – Delhi, India
Nhà máy nhiệt điện chạy than được xây dựng ở quận Sonebhadra của bang Uttar
Pradesh có công suất 3.000MW. Một phần công suất của nhà máy (1.500MW)
được chuyên tải bởi được truyền tải bởi đường dây HVDC lưỡng cực Rihand-Delhi
có cấp điện áp DC ± 500kV. Phần công suất còn lại được truyền tải bằng đường
dây xoay chiều hai mạch 400kV.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
5
Hình 1.4: Hệ thống truyền tải HVDC Rihand – Delhi, India
Mục đích chính của liên kết HVDC là truyền tải điện năng một cách hiệu quả và
kinh tế nhất vùng phía Bắc, đáp ứng cấp bách nhu cầu về điện của khu vực này.
Một số lí do chủ yếu dẫn đến việc lựa chọn liên kết HVDC thay cho liên kết xoay

chiều 400kV là:
- Hiệu quả kinh tế cao
- Yêu cầu hành lang tuyến giảm đi một nửa
- Tổn thất truyền tải thấp hơn.
- Độ ổn định và khả năng điều khiển tốt hơn
Một số thông số kỹ thuật của hệ thống:
- Thời gian đi vào vận hành: 1990
- Công suất truyền tải: 1.500MW
- Cấp điện áp một chiều: ± 500kV
- Chiều dài của đường dây trên không: 814km
2.4 Hệ thống liên kết HVDC “back to back” giữa Argentina và Brazil.
Một trạm biến đổi HVDC công suất 1100KW – điện áp DC 70kV được đặt ở
Garabi, Brazil gần biên giới với Argentina. Lưới điện Brazil có tần số 60Hz còn
lưới điện của Argentina có tần số 50Hz. Liên kết hai chiều này vận hành vào đầu
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
6
năm 2000. Hệ thống truyền tải xuyên biên giới cho phép hai nước này sử dụng
nguồn điện năng của mình hiệu quả và ổn định hơn.
Hình 1.5: Hệ thống liên kết HVDC “back to back” giữa Argentina và Brazil.
3. ƯU-NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC VÀ ỨNG
DỤNG
3.1 Ưu điểm
Dưới đây là một số lợi ích chính của phương pháp truyền tải HVDC so với truyền
tải điện xoay chiều truyền thống:
- Có thể truyền tải công suất trên một khoảng cách lớn mà không bị giảm khả năng
tải như đường dây xoay chiều (công suất truyền tải giới hạn của đường dây xoay
chiều là hàm của khoảng cách truyền tải và giảm mạnh khi khoảng cách truyền
tải tăng lên).

- Điều khiển dòng năng lượng rất nhanh, do đó nâng cao độ ổn định, không chỉ đối
với các liên kết HVDC mà còn đối với hệ thống xoay chiều bao quanh.
- Hướng của dòng năng lượng có thể thay đổi trong thời gian ngắn
- Việc nối liên kết các hệ thống điện bằng đường dây tải điện một chiều sẽ làm hạn
chế công suất ngắn mạch trong hệ thống điện liên kết.
- Hệ thống HVDC có thể truyền tải công suất lớn hơn đối với cùng một cỡ dây so
với hệ thống xoay chiều.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
7
- Cùng một công suất truyền tải thì cấp điện áp của đường dây HVDC thấp hơn
đường dây AC do đó yêu cầu cách điện cũng đơn giản hơn.
- Hành lang tuyến của đường dây truyền tải điện một chiều nhỏ hơn nhiều so với
truyền tải điện xoay chiều với cùng công suất truyền tải. Tác động môi trường
của truyền tải điện một chiều cũng ít hơn.
-
Hình 1.6 Cấu trúc đường dây truyền tải HVDC và AC – 500KV/2000MW
- Với bộ biến đổi sử dụng GTO (Gate turn off thyristor) hoặc IGBT (Insulated
Gate Bipolar Transistor) cho phép điều khiển dòng công suất tác dụng và phản
kháng độc lập.
- Cho phép truyền tải điện năng giữa hai hệ thống xoay chiều có tần số khác nhau
(liên kết qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều khác tần số)
- Hiện nay công nghệ truyền tải điện một chiều khá phổ biến trên thế giới và có độ
tin cậy cao, đã được nghiên cứu và vận hành trên 30 năm.
3.2 Nhược điểm
- Giá thành của bộ biến đổi còn cao
- Bộ biến đổi có khả năng chụi quá tải không cao và rất nhậy cảm với nhiệt độ và
độ ẩm không khí.
- Phải lắp đặt thêm các thiết bị bù công suất phản kháng tại các trạm biến đổi.

by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
8
- Phát xạ sóng hài vì vậy cần thực hiện các biện pháp triệt tiêu sóng hài do hoạt
động của bộ biến đổi sinh ra thành phần sóng hài bậc cao làm méo dạng dòng
xoay chiều
- Không có khả năng sử dụng máy biến áp để điều chỉnh điện áp.
- Rất phức tạp và tốn kém khi lấy công suất dọc đường dây
- Rất phức tạp trong điều khiển
- Trong công nghiệp hệ thống HVDC tỏ ra cạnh tranh hơn HVAC nếu như
khoảng cách truyền tải là: ≥ 400km ÷ 700 km (với đường dây trên không) và
trong khoảng 50 km (nếu là cáp ngần dưới đất hay dưới biển)
3.3 Một số ứng dụng phổ biến của hệ thống truyền tải HVDC.
- Truyền tải công suất qua một khoảng cách lớn trên đất liền và dưới nước.
- Liên kết hai hệ thống xoay chiều khác tần số.
- Kết nối các máy phát điện bắng sức gió, nhà máy thủy điện vào hệ thống.
- Nâng cao độ ổn định của hệ thống.
Đối với các ứng dụng nêu trên hệ thống HVDC tỏ ra là sự lựa chọn kinh tế và giảm
nhiều các tắc hại xấu tới môi trường . Cùng với sự phát triển của kỹ thuật, nhu cầu
liên kết các lưới điện khu vực, các nỗ lực bảo vệ môi trường đã khiến cho trong
nhiều trường hợp hệ thống truyền tải HVDC là sự lựa chọn số 1.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
9
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN
TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP (HVDC)
1. NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG HVDC.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền tải HVDC

Quá trình truyền tải điện năng giữa trạm truyền (Trạm Rectifier) tới trạm đến (Trạm
inverter) là quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm biến đổi. Tại trạm biến đổi
này điện áp xoay chiều được cho qua trạm biến áp để cung cấp một điện áp xoay
chiều thích hợp cung cấp cho bộ biến đổi. Bộ biến đổi biến đổi điện xoay chiều
thành một chiều và được truyền trên đường dây một chiều đến trạm biến đổi kia .
Điện áp và dòng một chiều được làm phẳng bằng cuộn san dòng và khử sóng hài
bằng bộ lọc một chiều trên đường dây một chiều. Tại trạm biến đổi dòng điện và
điện áp một chiều từ đường dây tải điện qua bộ biến đổi chuyển thành dòng và điện
áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều này được cho qua trạm biến áp để biến đổi thành
điện áp xoay chiều mong muốn.
Trong quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm nói trên vai trò của các mạch
biến đổi tại hai trạm có thể thay đổi cho nhau dẫn đến sự đảo chiều của luồng công
suất. Tại các trạm biến đổi, công suất phản kháng được cung cấp bởi các nguồn
phản kháng.
2. CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVDC.
Một hệ thống truyền tải HVDC bao gồm các thiết bị chính sau:
- Trạm biến áp (Transformer)
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
10
- Bộ lọc xoay chiều (AC Filters )
- Bộ biến đổi ( Converter )
- Bộ lọc một chiều (DC Filters)
- Cuộn san dòng (Smoothing reactors)
- Đường dây truyền tải một chiều (DC line)
- Nguồn phản kháng (Reactive power source)
- Hệ thống nối đất và đường trở lại
- Hệ thống bảo vệ và điều khiển (protection & control system)
Hinh 2.2: Cấu trúc hệ thống HVDC

2.1 Bộ biến đổi.
Một mạch biến đổi điển hình thường có hai nhóm biến đổi 12 xung mỗi cực. Bộ
biến đổi thông thường có cấu hình hai cầu biến đổi 6 xung 3 pha liên kết nối tiếp để
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
11
tạo thành một thiết bị biến đổi 12 xung. Tổng số van trong mỗi bộ là 12. Mỗi van
được sử dụng để chuyển mạch một đoạn sóng điện áp xoay chiều. Nguồn cấp cho
bộ biến đổi là các máy biến áp được kết nối theo các tổ đấu dây Y/Y và Y/Δ.
Hình 2.3 cấu trúc bộ biến đổi 12 xung
Các van được làm mát bằng không khí, nước, dầu hay khí Freon. Việc làm mát
bằng chất lỏng được sử dụng nước khử ion hóa là hiệu quả hơn cả và góp phần giảm
tổn thất trong trạm. Khả năng tải của một nhóm van thông thường bị hạn chế bởi
dòng ngắn mạch hơn là yêu cầu mang tải trong chế độ xác lập. Thiết kế van được
dựa trên khái niệm module, mỗi module bao gồm một số lượng xác định các
thyristor ghép nối tiếp nhau hoặc song song để đạt được điện áp và dòng làm việc
theo yêu cầu . Ngày nay người ta đã chế tạo được các Thyristor có dòng định mức
tới 4.000A và điện áp làm việc 8KV.
Hình 2.4 Hình ảnh một module Thyristor
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
12
Thiết bị biến đổi đặt trong nhà có thể được treo trên trần hoặc đặt trên cách điện với
sàn nhà. Gần đây đã chế tạo được các bộ biến đổi lắp đặt ngoài trời .
Các tín hiệu điều khiển van được tạo ra trong bộ điều khiển và được truyền tới mỗi
thyristor trong van thông qua một hệ thống dẫn hướng cáp quang. Tín hiệu quang
nhận được tại thyristor sẽ được biến đổi thành tín hiệu điện sử dụng thiết bị khuyếch
đại cùng với máy biến áp xung. Đi kèm với các van là các thiết bị bảo vệ: quá áp,

quá nhiệt…
Gần đây người ta còn sử dụng bộ biến đổi sử dụng van VSC (Voltage Source
Converter - Bộ biến đổi nguồn áp) vào mục đích nâng cao độ ổn định của hệ thống,
đây là một ứng dụng rất quan trọng của bộ biến đổi nguồn áp VSC. Mỗi van đơn lẻ
trong cầu biến đổi được cấu thành từ một số các Tranzito có cực điều khiển cách ly
IGBT (Insulated Gate Biporlar Tranzito). Các thiết bị điều khiển và thiết bị làm lạnh
có thể được đóng kín trong các Container tiêu chuẩn để thuận tiện cho vận chuyển
và lắp đặt.
Hình 2.5 Bộ biến đổi gồm nhiều module thyristor gép lại với nhau
2.2 Trạm biến áp
Trạm biến áp bao gồm các máy biến áp chuyển đổi điện áp xoay chiều về cấp điện
áp xoay chiều thích hợp cho bộ biến đổi của hệ thống truyền tải điện một chiều và
chúng tham gia vào điện kháng chuyển mạch.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
13
Máy biến áp có thể có các cấu hình khác nhau, thông thường là loại ba pha hay tổ
hợp ba máy biến áp một pha. Phía thứ cấp nối hình sao và tam giác và phía sơ cấp
máy biến áp nối sao được liên kết song song.
Hình 2.6 Trạm biến áp một chiều 800KV
Máy biến áp sử dụng cho bộ biến đổi có khe hở cách điện giữa cuộn dây và gông từ
lớn hơn máy biến áp thông thường, được thiết kế chịu điện áp một chiều và tổn hao
dòng điện xoáy do từ thông chứa nhiều sóng hài làm nóng dầu máy biến áp và gây
tiếng ồn. Khi vận hành các pha không làm việc đồng thời mà luân phiên theo sự làm
việc các dương cực của bộ biến đổi, như vậy máy biến áp luôn làm việc trong trạn
thái không đối xứng, nên phải chọn sơ đồ nối dây sao cho đảm bảo được điều kiện
từ hóa bình thường của các trụ lõi thép và giảm thiểu được sự đập mạch của điện áp
và dòng điện chỉnh lưu. Điều áp dưới tải của MBA tác động khi điện áp mạch xoay
chiều thay đổi, góp phần làm giảm công suất phản kháng cung cấp cho bộ biến đổi.

2.3 Các bộ lọc xoay chiều.
Ở phía xoay chiều của bộ biến đổi sóng hài được sinh ra, các sóng hài bậc 11, 13,
23, 25 … ngoài tắc hại như gây nhiễu tín hiệu thông tin còn gây tổn thất , méo dạng
điện áp, làm phát nóng thiết bị. Do đó các bộ lọc được lắp đặt nhằm mục đích hạn
chế sóng hài tới mức độ chấp nhận của lưới điện. Bộ lọc có thể sử dụng các phần tử
thụ động L-C, trong tương lai các bộ lọc xoay chiều tích cực sẽ được áp dụng .
Trong quá trình làm việc , bộ biến đổi tiêu thụ một lượng khá lớn công suất phản
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
14
kháng , lượng công suất phản kháng này được bù đắp một phần bởi nhóm bộ lọc và
phần còn lại bởi nhóm tụ điện.
Hình 2.7 Bộ lọc xoay chiều 3 pha
2.4 Các bộ lọc một chiều
Ở phía một chiều bộ biến đổi sinh ra các sóng hài bậc 12, 24 … Các sóng hài như
vậy có thể tạo ra sự nhiễu loạn trong các hệ thống viễn thông . Do đó các bộ lọc một
chiều được thiết kế đặc biệt được sử dụng nhằm mục đích giảm mức độ gây nhiễu.
Thông thường các bộ lọc một chiều không cần thiết nếu sử dụng cáp để truyền tải.
Nhưng trong trường hợp đường dây trên không thì việc lắp đặt bộ lọc một chiều là
cần thiết. Thông thường các bộ lọc phía một chiều có giá thành thấp hơn bộ lọc phía
xoay chiều.
Hình 2.8 Bộ lọc một chiều 500KV
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
15
2.5 Cuộn san dòng
Cuộn san dòng được mắc nối tiếp với mạch biến đổi. Chức năng chính của cuộn san
dòng là:

- Giảm dòng điện sóng hài trên dường dây truyền tải một chiều.
- Giảm thiểu những rủi ro chuyển mạch do dòng một chiều, tăng quá giớ hạn
thoáng qua tại các hệ thống xoay chiều và một chiều
Hình 2.9 Cuộn san dòng lõi không khí
2.6 Nguồn công suất phản kháng
Một bộ biến đổi HVDC luôn luôn cần phải có nguồn công suất phản kháng. Tại chế
độ vận hành bình thường thì bộ biến đổi tiêu thu một lượng công suất phản kháng
khoảng 50% công suất tác dụng được truyền. Giải pháp kinh tế nhất là mắc một hệ
thống tụ song song tại các đầu ra của các bộ biến đổi.
Hình 2.10 Nguồn công suất phản kháng tụ điện
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
16
2.7 Đường dây truyền tải của hệ thống HVDC
Các đường dây truyền tải một chiều có nhiệm vụ truyền tải công suất từ phía chỉnh
lưu tới phía nghịch lưu.
- Đối với việc truyền tải điện năng công suất lớn trên mặt đất thì phương tiện
truyền tải phổ biến nhất là đường dây trên không. Đường dây trên này thông thường
là lưỡng cực (hai đường dây với hai cực tính khác nhau). Cáp HVDC thông thường
được sử dụng khi đi ngần dưới biển. Những kiểu phổ biến nhất của cáp ngầm là loại
cách điện rắn và loại cách điện dầu, trong đó loại đầu tiên là kinh tế hơn cả. Cách
điện của nó bao gồm nhiều băng giấy cách điện được thấm dầu nhớt có độ đậm đặc
cao. Không có sự hạn chế về độ dài đối với loại cáp này và độ sâu cho phép có thể
lên đến 1000m . Loại cáp mà được đổ đầy dầu có độ đậm đặc thấp và luôn làm việc
dưới một áp suất thì chiều dài tối đa cho phép cho kiểu cáp này là thường khoảng
60km. Sự phát triển các loại cáp mới đã và đang gia tăng trong những năm gần đây.
- Nguyên tắc để xác định kích thước của đường dây trên không và cột đỡ của
đường dây tải điện một chiều tương tự như đường dây xoay chiều. Tiết diện dây dẫn
được lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế (J

kt
). Việc phân pha được thực hiện
nhằm tăng đường kính tương đương, nâng cao hiệu quả sử dụng của dây dẫn.
- Trên đường dây có treo hai dây chống sét bảo vệ (trong đó một dây kết hợp
với cáp quang phục vụ thông tin) với góc bảo vệ là 18
0
. Nối đất luôn được thực hiện
để giảm bớt sóng hài và giảm nhiễu đường dây thông tin.
2.8 Hệ thống nối đất
Hầu hết các liên kết một chiều đều sử dụng nối đất như dây trung tính. Khi nối đất
yêu cầu mặt bằng rộng để giảm dòng rò và gradient điện áp . Địa điểm chọn đặt hệ
thống điện cực nối đất phải có điện trở suất đủ bé, xa khu vực thành thị, các đường
ống, công trình ngần, trạm biến đổi … để ngăn chặn hiện tượng ăn mòn hóa điện,
dòng rò vào MBA của bộ biến đổi , nhiễu thông tin. Các điện cực cần được khoan
sâu dưới lòng đất do điện trở suất của lớp đất gần bề mặt thường khá cao.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
17
2.9 Hệ thống điều khiển và bảo vệ.
Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển là bộ lão của hệ thống HVDC. Một trong
những thuận lợi lớn nhất của hệ thống truyền tải HVDC là tính điều khiển được.
Một trạm HVDC hiện đại được trang bị hệ thống bảo vệ và điều khiển bằng vi xử lý
tích hợp .
Điều khiển công suất qua hệ thống được khi mà một trạm biến đổi điều khiển được
điện áp một chiều và trạm biến đổi kia điều kiển được dòng chạy trên mạch một
chiều. Hệ thống điều khiển hoạt động thông qua điều khiển góc điều khiển của
thyristor và điều chỉnh bộ điều chỉnh áp của máy biến áp của bộ biến đổi. Mỗi một
cực có một hệ thống điều khiển của nó. Hai hệ thống điều khiển của hai hai trạm ở
hai đầu hệ thống HVDC liên lạc với nhau thông qua đường dây viễn thông. Hầu hết

các đường dây truyền tải HVDC được điều khiển từ xa thông qua trung tâm điều độ.
Một hệ thống điều khiển hiện đại ngày nay tất các chức năng cho điều khiển, giám
sát được thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng
Hệ thống bảo vệ: Cũng giống như hệ thống xoay chiều, hệ thống một chiều cũng có
thể gặp phải các dạng sự cố mà nguyên nhân là do sự hoạt động sai chức năng của
thiết bị, cách điện hỏng do sét đánh hoặc do ô nhiễm môi trường… các sự cố cần
được phát hiện và hệ thống cần được bảo vệ để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu tắc hại
của sự cố. Ngoài việc làm gián đoạn sự vận hành bình thường thì các sự cố khác
nhau có thể gây hư hỏng thiết bị do hiện tượng quá áp và quá dòng.
Hình 2.11 trung tâm điều khiển hệ thống HVDC
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
18
3. MỘT SỐ SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU
3.1. Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực (Monopolar link).
Hình 2.12 Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực.
Trong cấu hình này có một dây dẫn cực tính dương hoặc âm (thông thường là âm).
Đất hoặc nước biển được sử dụng làm đường trở về. Do gây ra một số hình ảnh xấu
như: ăn mòn hóa điện cực nối đất vì vậy trong một số trường hợp phía nối đất của
trạm chỉnh lưu và nghịch lưu có thể được liên kết với nhau bằng một dây kim loại.
Khi dùng cáp vỏ bọc kim loại thì vỏ cáp sẽ được sử dụng làm đường về.
Hệ thống đơn cực hiện đại áp dụng cho đường dây trên không có thể truyền tải công
suất lên đến 1.500MW. Nếu sử dụng cáp ngần dưới đất hoặc biển thì điển hình có
thể mang tải tới 600MW
Ưu điểm:
- Sơ đồ tương đối đơn giản.
- Giảm chi phí đường dây.
- Có thể mở rộng thành sơ đồ hai cực để tăng công suất truyền tải.
Nhược điểm:

- Độ tin cậy và tính linh hoạt không cao.
- Công suất truyền tải không lớn.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
19
3.2 Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực (Bipolar link)
Hình 2.13 Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực
Trong cấu hình này một cặp đường dây có điện thế ngược dấu được sử dụng vì vậy
các đường dây này phải được cách điện đầy đủ. Chi phí cho hệ thống truyền tải một
chiều lưỡng cực cao hơn cấu hình liên kết đơn cực với một đường dây trở về.
Đường dây tải điện một chiều lưỡng cực có hiệu quả tương đương đường dây tải
điện xoay chiều mạch kép. Khi mang tải bình thường dòng điện chạy vào đất rất
nhỏ giống như trường hợp đơn cực có dây dẫn trở về, do đó giảm thiểu được tổn
thất do dòng điện tiếp đất và giảm ảnh hưởng tới môi trường. Khi có sự cố trên một
đường dây, với các điện cực nối đất được sử dụng làm đường về thì đường dây sẽ
tiếp tục vận hành trong trạng thái đơn cực . Với công suất truyền tải so với đường
dây đơn cực, thì đường dây lưỡng cực chỉ phải mang một dòng điện có giá trị phân
nửa so với đường dây đơn cực. Khi đi qua các địa hình bất lợi thì hai đường dây có
thể đi trên các hàng cột khác nhau, phòng khi có một đường dây bị sự cố thì đường
dây còn lại vẫn truyền tải một phần công suất. Khi điện trở đất cao có thể lắp đặt
thêm đường dây trở về , đường dây này không đòi hỏi mức cách điện cao và có thể
sử dụng làm dây chống sét cho đường dây trên không , nếu được cách điện đầy đủ
thì có thể sử dụng làm dự phòng . Trên thực tế cấu hình này được sử dụng khá phổ
biến.
Ưu điểm:
- Độ tin cậy và tính linh hoạt cao
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ

20
- Khả năng truyền tải công suất lớn gấp đôi sơ đồ đơn cực
- Ít gây nhiễu hơn sơ đồ đơn cực
- Dễ dàng thay đổi chiều công suất truyền tải
Nhược điểm:
- Chi phí cao hơn sơ đồ đơn cực
3.3 Hệ thống truyền tải HVDC cùng cực tính (Hamopolar link)
Hình 2.14 Hệ thống truyền tải HVDC cùng cực tính
Sơ đồ này được sử dụng hai hay nhiều đường dây cùng cực tính dương hoặc âm.
Thường là âm để giảm bớt nhiễu và tổn thất vầng quang. Đường trở về qua điểm
giữa được nối đất. Khi một dây dẫn bị sự cố, hệ thống sẽ vận hành như cấu hình liên
kết đơn cực tiếp tục truyền tải một phần công suất .Cấu hình này được sử dụng phổ
biến để truyền tải điện năng trên đường dây trên không. Trong trường hợp này hệ
thống HVDC lưỡng cực gồm hai hệ thống HVDC đơn cực.
Ưu điểm:
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
21
- Độ tin cậy và tính linh hoạt cao. Hệ thống vẫn có khả năng truyền tải điện năng
trong trường hợp một cực kia gặp sự cố vì bất kỳ lý do gì. Mỗi hệ thống có thể
vận hành trên hệ thống độc lập của nó và đất như là một đường dẫn trở về.
- Khả năng truyền tải công suất lớn gấp đôi sơ đồ đơn cực.
Nhược điểm
- Chi phí cao hơn sơ đồ đơn cực
- Gây ăn mòn điện hóa các đường ống ngầm xung quanh điện cực nối đất.
3.4 Hệ thống truyền tải HVDC đối lưng (Back to Back).
Hình 2.15 Hệ thống truyền tải HVDC đối lưng
Cả hai bộ biến đổi chỉnh lưu và nghịch lưu được đặt ở cùng một chỗ, thông thường
trong cùng một tòa nhà và chiều dài của đường dây tải điện một chiều chỉ là một

vài nét. Các trạm back to back thông thường được sử dụng để:
- Kết nối hai hệ thống có tần số khác nhau
- Kết nối hai mạng điện có cùng tần số nhưng không có sự liên hệ pha cố định
- Kết nối các hệ thống có tần số và số pha khác nhau
Do chiều dài đường dây tải điện ngắn nên cấp điện áp một chiều là khá thấp
khoảng từ (50KV÷150KV) để giảm giá thành. Hơn nữa vì hai hệ thống biến đổi
được đặt cùng một nơi vì thế rất thuận tiện cho việc vận hành, điều khiển, bảo
dưỡng. Cấu hình này thích hợp khi liên kết hai hệ thống có tần số khác nhau.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
22
3.5 Hệ thống truyền tải HVDC nhiều điểm đấu
Hình 2.16 Hệ thống truyền tải HVDC nhiều điểm đấu
Cấu hình này có nhiều hơn hai bộ Converter. Trong trường hợp này bộ biến đổi 1 và
bộ biến đổi 3 có thể coi vận hành như là một Rectifier. Trong khi đó Bộ biến đổi 2
vận hành như một Inverter. Hoặc ngược lại bộ biến đổi 2 vận hành như một
Rectifier còn bộ biến đổi 1 và bộ biến đổi 3 vận hành như một Inverter. Bằng một
sự kết nối các bộ biến đổi cho trước, một sự kết hợp mới có thể thu được.
Nếu tất cả các trạm nối cùng cấp điện áp thì gọi là hệ thống HVDC nhiều điểm đấu
song song. Nếu có một hay nhiều trạm biến đổi đấu nối tiếp vào một cực hoặc cả
hai cực gọi là hệ thống HVDC nhiều điểm nối tiếp. Hệ thống HVDC nhiều điểm
đấu được sử dụng để rút công suất dọc đường hoặc mở rộng hệ thống điện một
chiều sẵn có.
Ưu điểm: của cấu hình này là làm tăng tính linh hoạt của hệ thống một chiều, tuy
nhiên hiệu quả kinh tế không cao vì phải xây dựng thêm các trạm biến đổi làm phức
tạp sơ đồ nối dây.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ

23
3.6 Một số sơ đồ khác.
- Ngoài các dạng sơ đồ phổ biến nêu trên, còn có sơ đồ nối trực tiếp máy phát với
bộ chỉnh lưu thông qua máy biến áp, sơ đồ này hay được sử dụng cho các máy phát
thủy điện và tua bin gió. Tần số của điện áp xoay chiều không phụ thuộc vào tốc độ
của tuabin.
- Nếu hệ thống chỉ truyền tải công suất theo một sơ đồ cố định thì phía chỉnh lưu
có thể thay thế thyristor bằng diod để giảm giá thành. Khi đó phía xoay chiều yêu
cầu mạch cắt tốc độ cao để bảo vệ quá dòng cho diod khi ngắn mạch trên đường
một chiều. Trên cơ sở các sơ đồ cơ bản nêu trên, tùy theo các điều kiện và các yêu
cầu thực tế mà có thể phát triển thành nhiều dạng sơ đồ khác nhau
Hình 2.17 Cấu trúc hệ thống HVDC sử dụng năng lượng gió
4. BỘ BIẾN ĐỔI VÀ SƠ ĐỒ THAY THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG
4.1 Bộ biến đổi
Một hệ thống HVDC yêu cầu một bộ biến đổi điện tử có khả năng biến năng lượng
điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều và ngược lại. Có hai dạng cấu
hình cho bộ biến đổi 3 pha cơ bản là:
- Bộ biến đổi nguồn dòng (CSC)
- Bộ biến đổi nguồn áp (VSC)
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
24
Hình 2.18 Bộ biến đổi nguồn dòng và bộ biến đổi nguồn áp.
Trong thời gian từ 1950-1990, hệ thống HVDC có các bộ biến đổi dùng cấu hình
CSC.
Từ những năm 1990 trở về đây hệ thống HVDC sự dụng các bộ biến đổi dạng cấu
hình VSC với giá trị kinh tế cao hơn. Một hệ thống HVDC có thể sử dụng bộ biến
đổi CSC truyền thống hoặc bộ biến đổi VSC. Tuy nhiên việc lựa chọn cấu hình là
dựa trên chỉ tiêu kinh tế và các hệ số khác. Bảng 2.1 sẽ so sánh đặc tính của hai bộ

biến đổi này như sau:
Bảng 2.1 Bảng so sánh hai loại bộ biến đổi CSC và VSC.
N
0
Loại bộ biến đổi
CSC
VSC
Phía
AC
- Hoạt động như một nguồn áp
không đổi.
- Yêu cầu một bộ tụ điện làm
nhiệm vụ lưu trữ năng lượng.
- Yêu cầu một bộ lọc AC để
loại bỏ sóng hài.
- Yêu cầu một nguồn cung cấp
công suất phản kháng để điều
chỉnh hệ số công suất.
- Hoạt động như một nguồn dòng
không đổi.
- Yêu cầu mộ bộ kháng điện làm
nhiệm vụ lưu trữ năng lượng.
- Không yêu cầu một nguồn cung
cấp công suất phản kháng khi bộ
biến đổi hoạt động ở bất kỳ góc
phần tư nào.
Phía
DC
- Hoạt động như một nguồn
dòng không đổi.

- Hoạt động như một nguồn áp
không đổi.
by Giangdt
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam
Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ
25
- Yêu cầu một bộ điện kháng
với nhiệm vụ lưu trữ năng
lượng.
- Yêu cầu bộ lọc DC.
- Cung cấp những chức năng
giới hạn dòng sự cố riêng.
- Yêu cầu một bộ tụ điện làm
nhiệm vụ như một thiết bị lưu trữ
năng lượng.
- Một bộ tụ điện làm nhiệm vụ lọc
DC với giá thành không cao.
- Khó xác định lỗi phía đường dây
DC khi tụ điện được nạp sẽ
phóng điện tạo ra sự cố.
Bộ
chuyển
mạch
- Chuyển mạch diễn ra tại tần
số đường dây
- Tổn hao chuyển mạch thấp
hơn
- Chuyển mạch diễn ra ở tần số cao
- Tổn hao chuyển mạch cao hơn
Mức

công
suất
- 0÷550KVA/ Bộ biến đổi
- Điện áp một chiều lên đến
600KV
- 0÷200KVA/ Bộ biến đổi
- Điện áp một chiều lên đến
100KV
Vì hệ thống HVDC nghiên cứu là hệ thống truyền tải công suất lớn và cấp điện áp
cao vì thế trong luận văn này ta chỉ nghiên cứu hợp bộ biến đổi là loại CSC.
Bộ biến đổi loại SCS ta sẽ tập trung vào phân tích bộ biến đổi 3 pha 6 van vì đây là
bộ biến đổi được sử dụng khá phổ biến do có một số ưu điểm như sau.
- Chụi được điện áp cao do có hai van mắc nối tiếp nhau
- Bộ biến đổi 3 pha 6 van có công suất lớn.
- Tần số đập mạch bằng sáu lần tần số nguồn cấp, hạn chế sóng hài bậc cao trong
dòng sơ cấp
- Máy biến áp được sử dụng hiệu quả hơn vì trong mỗi chu kỳ dòng điện chạy
qua cuộn dây thứ cấp hai chiều nên mạch từ không bị bão hòa.
- Hệ số điện áp cao do vậy để đạt được điện áp một chiều như nhau thì sơ đồ cầu
ba pha yêu cầu máy biến áp có tỷ số biến đổi nhỏ hơn và yêu cầu cách điện thấp
hơn.
by Giangdt